全空间信息系统中的时空参考构建与实现

全空间信息系统由周成虎院士首倡,将地理信息系统的研究范畴从地球空间拓展到宇宙空间,从室外空间拓展到室内空间,从宏观空间拓展到微观空间,从小数据到大数据,构建无所不在的空间信息系统世界。在这样一个全空间信息系统中,传统GIS基于地球空间的空间参考系统已无法满足时间与空间表达的需要,更无法满足对时空对象进行全生命周期管理的需求。因此,文中重点研究全空间信息系统中的时空参考问题并进行实践验证。首先探讨对物质与时空的认识问题及全空间信息系统对时空的定义,论述全空间信息系统时空参考的相关问题,总结常见的时间与空间系统及其相互关系;在此基础上,建立全空间信息系统的空间转换框架,扩展WKT对空间参考系统的描述,使之支持星球的定义和天球坐标系统、轨道坐标系统等坐标系统;设计九自由度空间参考树及空间参考和空间参考转换接口,实现对象的全生命周期管理。解决全空间信息系统从宏观世界到微观世界,从静态到动态,从物理时空到逻辑时空的全时空连续建模与仿真,满足全空间信息系统的建模要求,具有良好的可扩展性和实现效率。

时空参考系中的坐标和时间单位

针对目前时空参考系中关于坐标和时间单位的一些模糊认识,回顾了国际单位制SI与计量基准的定义及其发展,分析了国际计量局(BIPM)对测量单位SI米和SI秒的新定义,得出了在原时的单位采用SI秒时,各种时空参考系中的坐标量(坐标时和空间坐标)的单位均可认为是SI秒的结论。同时通过分析,明确了目前太阳系历表中使用的天文单位系统在时空参考系中的使用方法。

时空参考框架普适化表达

随着GIS研究领域拓展,空间信息系统面临着全尺度、全类型、全动态表达等挑战,而"全空间信息系统"则成为应对上述挑战的有效途径。时空参考框架是人类时空观的量化表达,面对不同尺度、不同范畴的研究对象,全空间信息系统时空参考框架面临着表达尺度、基准变换以及时空一体化等方面的问题,亟需探索普适化、归一化的时空参考框架表达与转换方法。本文通过对已有一维、二维、三维以及时空参考框架的定义、表达方式的分析与比较,尝试提出时空参考框架普适化表达方法,该表达不仅适用于数学定量表达,也适用于语义模糊表达,为在更广泛的意义上实现时空表达提供了借鉴;同时,基于现实世界的分维、分形特征,利用上述普适化表达方法,通过对时空参考框架时间维、空间维的变换方法研究,探索了以递归计算的方式实现时空参考框架的归一化表达,实现了全空间时空参考框架的全尺度、全维度变换。

小行星探测器轨道计算的动力学研究

针对中国即将开展的小行星探测活动中面临的轨道计算动力学问题进行研究。分析了小行星探测器轨道计算的需求,并对小行星轨道计算中涉及的时空参考系进行了描述,然后对轨道计算所需考虑的动力学模型进行了讨论,并给出了各类摄动加速度的计算公式。最大的是太阳引力加速度,约为10^(-6)km/s^(2);最小的是小行星本体摄动加速度,约为10^(-12)~10^(-13)km/s^(2)。利用欧空局Rosetta探测器的实测数据对动力学模型精度进行了验证,结果表明4天弧段位置互差约15 m,速度互差约0.44 mm/s,动力学模型精度可靠。本研究可以为中国小行星探测活动轨道计算提供参考。

Compass导航卫星频间偏差参数使用方法

导航卫星通常播发多个频点的导航信号,由于卫星上各个频点的导航信号发射链路并不完全相同,导航信号经星上发射链路到达卫星天线电子相位中心时产生的时间延迟也会不相同,称其为硬件延迟差或频间偏差参数。GPS中该偏差最大时可达十几纳秒,这对导航定位及相关应用产生极大影响。针对这种情况,研究了GPS和Galileo导航卫星发射通道频间偏差参数TGD产生的由来及其使用方法。针对我国卫星导航系统星地时间同步的特点,推导了Compass导航卫星频间偏差参数的使用方法。该研究结果对正确使用Compass导航卫星发播的TGD参数具有重要参考价值。

中国月球探测任务轨道确定技术及发展综述

月球探测器的轨道确定是完成月球探测任务的基础,在我国月球探测任务的引领下,在我国深空测控体系发展的同时,轨道确定技术也得到了快速的进步。从时空参考框架和动力学模型两个方面介绍了我国月球探测任务轨道确定技术的发展过程,基于时空参考框架的优化及动力学模型的改进,我国月球探测器的轨道确定能力及精度也不断提升,这对于当前及后续的月球探测任务都有很好的借鉴意义。

木星探测器轨道计算中的动力学

针对木星探测任务中轨道计算所面临的轨道动力学问题进行研究。首先,对木星探测轨道计算中涉及的时空参考系进行概述,比较了木星动力学时(TDJ)与质心动力学时(TDB)的差异;其次,对木星的定向参数模型及转换关系进行描述,给出了木星天球参考系与固联参考系的转换关系;再次,对木星探测器定轨计算中所需考虑的动力学模型进行讨论,提供了各类摄动加速度计算所需的公式;最后,对木星探测器JUNO的星历数据进行动力学拟合,检验了动力学模型的正确性。

OGC新WKT标准与坐标系构建方法研究

OGC的开放标准为地理信息系统的互通互操作提供了基础,其已经成为GIS的标准之一。WKT是OGC关于时空定义的标准。2015年OGC颁布了新WKT标准-ISO 19162:2015,分析了OGC新WKT标准和旧WKT标准的差异,阐述了新WKT标准的新特性,并对几种新的坐标系进行了描述。最后,针对WKT字符串的组成结构和坐标系之间的关系,采用C++和GDAL开源库、设计了读取WKT字符串和构建坐标系方法和流程。

Temporal and Spatial Variations of ET 0 and Sensitivity Coefficients in Spring-summer in Eastern Agricultural Areas of Qinghai,China

Reference crop evapotranspiration(ET 0) is a key parameter to calculate crop water requirements.In the paper,ET 0 during 1960-2005 was calculated with FAO-56 PM in eastern agricultural areas of Qinghai,China.Then the sensitivity coefficients of ET 0 to meteorological variables were estimated through the nondimensional partial derivative in FAO-56 PM.Results show that the mean annual ET 0 of the whole area is 904 mm,and ET 0 portrays a very significant decrease during the 46 years.In spatial,ET 0 decreases from southeast to northwest,firstly increases then decreases from southwest to northeast.Through sensitivity analysis,in spring the most sensitive variable is relative humidity,while in summer is temperature.The temperature,sunshine duration and wind speed sensitivity coefficients(S(TA),S(n),S(u)) are higher in middle areas as opposed to surrounding areas,while the relative humidity sensitivity coefficient(S(RH)) has an opposite distribution rule.